JPS6157874B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6157874B2
JPS6157874B2 JP12839978A JP12839978A JPS6157874B2 JP S6157874 B2 JPS6157874 B2 JP S6157874B2 JP 12839978 A JP12839978 A JP 12839978A JP 12839978 A JP12839978 A JP 12839978A JP S6157874 B2 JPS6157874 B2 JP S6157874B2
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JP
Japan
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resin
paint
water
acid
properties
Prior art date
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Expired
Application number
JP12839978A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS5556164A (en
Inventor
Akira Ootsuki
Akira Ikeda
Atsuhiro Yamamoto
Makio Sugai
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Toyo Ink SC Holdings Co Ltd
Original Assignee
Toyo Ink Mfg Co Ltd
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Publication date
Application filed by Toyo Ink Mfg Co Ltd filed Critical Toyo Ink Mfg Co Ltd
Priority to JP12839978A priority Critical patent/JPS5556164A/en
Publication of JPS5556164A publication Critical patent/JPS5556164A/en
Publication of JPS6157874B2 publication Critical patent/JPS6157874B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は塗料組成、更に詳しくは金属容器用の
水分散型塗料に関するものである。 従来から食品および飲料缶として鉄、ブリキ、
アルミニウムなどの材料からなる容器が使用され
てきた。これらの容器に詰める内容物を容器、つ
まり金属による汚染から守るために、該容器の内
部を、内容物に本質的に不活性で、かつ容器と内
容物間に効果的な障害となる有機塗料で被覆する
必要がある。現在、この種の目的には有機溶媒に
溶解させたフエノールエポキシ樹脂、エポキシ−
尿素樹脂などの有機塗料が保護塗膜として使用さ
れている。これらの樹脂は金属素材に対して、優
れた密着性を示すとともに、容器と内容物間に効
果的な障害となり、水、その他内容物に対するバ
リヤー性が高いものである。この意味では金属容
器用内面塗料(以下缶内面塗料とよぶ)として好
適である。しかしながら実際には製缶工程におい
て種々の外的な力が加わるので、塗料のベースと
なる樹脂は上記の性質以外にかなり可撓性に富ん
だものでなければならない。フエノールエポキシ
樹脂やエポキシ−尿素樹脂などの熱硬化性樹脂を
金属板上で加熱すると加熱条件により、内容物に
対するバリヤー性、密着性、樹脂の可撓性などの
性質が大きく変化する。加熱処理の条件を調節す
るだけでこれらの性質を全て適切なレベルに維持
することは非常にむづかしい。事実、製缶工程に
おいて缶ブタのプレス成形、缶胴のフランジ加
工、巻の締めなどの成形加工を行なつた際に、塗
膜の損傷や部分的な剥離が認めらる。この場合、
塗膜の加工性は充分とは言えず、わずかな損傷に
よつても密着不良の部分が発生し、露出金属の腐
蝕が進行する。この結果、内容物の風味や新鮮さ
を損ない食品を長期に亘つて保護するという食品
包装材本来の機能が充分果されないことになる。 そこで実際の製缶工程においては前記フエノー
ル−エポキシ樹脂又はエポキシ−尿素樹脂を下塗
り塗料として金属に塗装した上に、更に別の途料
を重ね塗りして、これら熱硬化性樹脂単一塗膜の
欠点を補なつているのが現状である。この場合、
表面塗装に使用される樹脂は塩ビ−酢ビ共重合
体、塩ビ−酢ビ−無水マレイン酸共重合体などで
ある。又、これら塩ビ系の樹脂の単一塗膜ではバ
リヤー性、加工性が優れているが、金属素材に対
する密着性が劣るという欠点がある。 又、これらの缶内面には硬化時に、塗膜形成組
成から蒸発する揮発成分となる有機溶媒が含まれ
ているので、大気汚染などを考慮し、硬化時に発
生する有機溶媒ガスをアフターバーナーを通して
燃焼させているが、大量の溶媒を燃焼させるが、
エネルギー消費の点で勿論得策でない。この意味
で水分散型缶内面塗料の開発が強く望まれてい
る。 以上述べたように熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂
何れを使用するにしても内容物に対するバリヤー
性、密着性、加工性、衛生性、フレーバー、耐煮
沸性など缶内面塗料として必要とされる巾広い性
質を備えた樹脂はほとんど見あたらないのが現状
であると言える。この意味で缶内面塗料として適
性が有り、かつこの樹脂を水分散型とすることが
できるならば、二つの大きな問題が同時に解決さ
れることになり、そのメリツトは非常に大きい。 一般に芳香族二塩基酸、脂肪族二塩基酸及びジ
オール成分の組み合せから成る熱可塑性ポリエス
テル樹脂を缶内面塗料として使用すれば、金属素
材の加工性、塗膜の耐抽出等の衛生性、塗装の作
業性及び種々の内容物に対する広い適用性等の組
み合せに対して巾広い適性を有することが知られ
ている。しかしながら、熱可塑性ポリエステル樹
脂の性質を組成の面から考えると芳香族二塩基酸
の中でも、例えばテレフタル酸が多くなるにつれ
て耐煮沸性などの性質はよくなるが、逆に溶媒へ
の溶解性又は分散性、造膜性、金属への密着性、
加工性などの性質は低下する。ジオール成分につ
いても同様のことが認められる。例えば、エテレ
ングリコール、1・4−ブタンジオールなどの結
晶性成分をジオール成分とした場合、得られる塗
膜は、耐煮沸性などの性質も同上させるが、逆に
溶媒への溶解性又は分散性、造膜性、加工性など
の性質は低下する。他のジオールを使用した場合
も、例えば、耐煮沸性と溶媒への溶解性又は分散
性など各々相反する性質が表われる場合が多く、
実際にはこれらの原料を適切に組み合せたり、芳
香族二塩基酸に一定量の脂肪族二塩基酸やポリエ
ーテル型のジオールを併用することにより解決し
ている。 しかしながら、これらの二塩基酸、ジオール成
分を組み合わせて目的とする性質をバランスよく
維持した樹脂を得ようとする場合、熱可塑性ポリ
エステル樹脂成分となるモノマーの選択を非常に
厳密に行わなければならないという不便があるば
かりでなく、脂肪族二塩基酸、ポリエーテル型の
ジオールなどを使用して塗膜の耐煮沸性、造膜
付、溶媒への溶解性、又は分散性、加工性などの
巾広い性質とバランスよく維持しようとしても実
際にはかなりむずかしい問題である。 本発明者らは熱可塑性ポリエステル樹脂の衛生
性、金属容器への密着性、加工性などの性質が極
めて良好である点に注目し、この樹脂を更に有利
に使用するために、水分散型缶内面塗料につき鋭
意検討した。この結果、熱可塑性ポリエステル樹
脂が線状で高分子量であるが故に生じる有利な性
質をそのまま生かす方法として熱可塑性ポリエス
テル樹脂未端水酸基を重合性不飽和カルボン酸又
はこれらの酸無水物と反応させること及び重合性
不飽和結合によるラジカル重合反応させることに
より安定な水分散型ポリエステル系共重合体を得
た。得られた共重合体が抽出物のない、衛生性の
よいことを確認し、更には耐煮沸性、金属容器へ
の密着性、加工性、耐化学薬品性などの点で良好
な結果を示すことを確認して、本発明を達成した
ものである。 本発明は、末端水酸基を有する熱可塑性ポリエ
ステル樹脂と重合性不飽和カルボン酸もしくはそ
の酸無水物とをエステル化反応(A)させた後、(メ
タ)アクリル酸誘導体および必要に応じて重合性
不飽和カルボン酸の混合物、またはこれにスチレ
ンを加えたものをラジカル重合反応(B)させて得ら
れるポリエステル系共重合体を塩基性物質で中和
し、水に分散させてなることを特徴とする水分散
型金属缶用塗料である。 本発明の水分散型塗料を缶内面塗料として使用
すれば、熱可塑性ポリエステル樹脂そのものの分
子量が高いことに起因した特長が生かされるだけ
でなく、反応に使用するモノマーを適切に選択す
れば高い樹脂濃度で低い粘度の塗料を合成するこ
とも可能である。又、缶内面塗料として塗膜にバ
リヤー性、内容物保護機能を付与するためには、
一定膜厚が必要である。低い樹脂濃度の塗料をこ
の目的に使用すると塗料のタレが生じたり、缶の
底部分が厚塗りになるなどの問題が生じる。同時
に缶底部にブリツジなどが生じる原因となる。本
発明の水分散型塗料のように高い樹脂濃度で、か
つ低粘度塗料の調製は目的とする塗装物が得やす
いばかりでなく、水分散型塗料の特長である作業
上の安定性、大気汚染、経済性に優れたものにな
るという点で非常に有利である。 本発明に係わる熱可塑性ポリエステル樹脂とし
ては耐煮沸性などの樹脂皮膜そのものの性質は良
好であるが、水への分散性、塗料としての安定性
などの性質が劣る樹脂、すなわち分子量が大き
い、結晶性が高い、及び官能基が少ない熱可塑性
ポリエステル樹脂が好ましい。一方、熱可塑性ポ
リエステル樹脂の中には常温で各種溶媒に溶解又
は分散する樹脂も知られているが、この種の樹脂
は耐煮沸性などの塗膜として性質は不良となる場
合が多い。この原因の1つはこの樹脂の結晶が低
いことである。この欠点を改良する一つとして樹
脂中に官能基を導入し、物性を改良する手段を講
じることができるようにすることである。本発明
によれば熱可塑性ポリエステル樹脂そのものが例
え耐性のない樹脂であつても反応させる重合性不
飽和結合を有する化合物を適切に選択することに
よつて樹脂中にカルボキシル基、水酸基等を導入
することができ、自己架橋又はメラミン樹脂、エ
ポキシ樹脂、フエノール樹脂、尿素樹脂などの各
種樹脂との反応により、物性の優れた塗膜とする
ことができる。従つて、本発明においては熱可塑
性ポリエステル樹脂として高分子量の、結晶性の
高い樹脂だけに制限されるものではない。本発明
に用いる熱可塑性ポリエステル樹脂の合成に使用
し得る芳香族二塩基酸の例としてはテレフタル
酸、イソフタル酸、オルソフタル酸などの二塩基
酸が挙げられる。特にテレフタル酸の含有量が多
い程、塗膜の耐煮沸性などは良好になるが、金属
への密着性は不良となる。イソフタル酸及びオル
ソフタル酸の含有率が高くなるにつれて、金属へ
の密着性、溶媒への溶解性又は分散性などが良好
となるが折り曲げなどの加工性は必ずしもよくな
い。脂肪族二塩基酸も種々の性質のバランスを取
るために使用することができる。例えばアジピン
酸、セバシン酸、マロン酸、コハク酸などの二塩
基酸が挙げられるが、一般に脂肪族二塩基酸の使
用は樹脂を軟かくするには効果が有るが、逆に塗
膜の性質は低下するという欠点が付随してくる。
従つて、芳香族二塩基酸、脂肪族二塩基酸の種類
及びその量は適切に組合わせなければならない。
一方、ジオールとしては、例えばエチレングリコ
ール、プロピレングリコール、1・3−ブタンジ
オール、1・4−ブタンジオール、ネオペンチル
グリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレ
ングリコール、1・6−ヘキサンジオールなどか
ら1種類又は2種類以上の組合せから得られる。
又、ポリエーテルグリコールの使用も可能である
が、その種類及び量は他のジオールとの組合せで
決定される。 本発明の反応(A)に使用する重合性不飽和カルボ
ン酸又はこれらの酸無水物としてはアクリル酸、
メタクリル酸などの一塩基酸、イタコン酸、マレ
イン酸、コハク酸、フマル酸などの二塩基酸及び
無水イタコン酸、無水マレイン酸などの酸無水物
などが挙げられる。(A)の反応は末端水酸基を有す
る熱可塑性ポリエステル樹脂をトルエン、キシレ
ン、クロロホルム、セロソルブアセテート、メチ
ルエチルケトン、ジオキサン、テトラヒドロフラ
ン、シクロヘキサノンなどの単独又は混合溶媒に
60重量%以上の濃度で加熱溶解させ、熱可塑性ポ
リエステル樹脂の水酸基と不飽和カルボン酸又は
これらの酸無水物とを窒素気流下140〜160℃の温
度で1〜5時間反応させる。反応は常法により水
の留去と共に進行させるが、この際エステル化反
応を進行させるために通常のエステル化触媒及び
重合禁止剤を少量使用することは可能である。エ
ステル化の終点は樹脂の水酸基価を測定すること
によつて確認する。 本発明の反応(B)は反応(A)により得られた生成物
(エステル化物)及び重合性不飽和結合を有する
化合物(以下重合性不飽和化合物と称す)によ
る、通常のラジカル重合と同様の方法で行なうこ
とができる。なお、重合性不飽和カルボン酸又は
これらの酸無水物は反応(A)及び(B)いずれにも反応
成分として使用し得るものである。又、安定な水
分散型塗料を得るためには重合性不飽和化合物と
して使用する組成に含まれる重合性不飽和カルボ
ン酸又はこれらの酸無水物の量を正確に限定しな
ければならない。反応(A)及び反応(B)に使用する重
合性不飽和カルボン酸又はこれらの酸無水物を含
む重合性不飽和化合物の使用量はポリエステル系
共重合体に対し5〜50重量%の範囲が望ましく、
更には10〜30重量%が好適である。5重量%以下
では安定な分散体が得にくく、逆に50重量%以上
では塗膜が白濁してくる。重合性不飽和化合物の
中で重合性不飽和カルボン酸又はこれらの酸無水
物の使用量は反応(A)及び反応(B)両方を含めて1.0
〜15重量%の範囲が望ましく、1.0重量%以下で
は安定な水分散体が得にくく、15重量%以上では
単独重合する割合が多くなり、良質の塗膜が得に
くいという欠点が生じる。勿論、反応に使用する
重合性不飽和化合物の種類を適切に選択すること
により生成する水分散型ポリエステル系共重合体
の性質を巾広くバランスさせることは、ある程度
可能ではあるが、当該共重合体樹脂の性質を決定
する一番大きな要素は熱可塑性ポリエステル樹脂
との反応に使用する重合性不飽和化合物の含有量
である。 本発明の反応(B)に使用し得る重合性不飽和化合
物としては、アクリル酸及びアクリル酸メチル、
アクリル酸エチル、アクリル酸2−エチルヘキシ
ル、アクリル酸2−ヒドロキシエチルなどのアク
リル酸誘導体、メタクリル酸及びメタクリル酸メ
チル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸ラ
ウリル、メタクリル酸グリシジルなどのメタクリ
ル酸誘導体、無水マレイン酸、無水イタコン酸な
どの酸無水物、スチレン、酢酸ビニル、アクリロ
ニトリル、1・2−ポリブタジエン、1・4−ポ
リブタジエンなどの単独又はこれらの組み合せか
ら選択することができる。(B)の反応ではアゾビス
イソブチロニトリル、過酸化ベンゾイル、過酸化
ジクミルなど、通常ラジカル重合触媒が使用され
る。 本発明に係わるポリエステル系共重合体は塩基
性物質で中和することにより水分散体とすること
ができる。塩基性物質としては塗膜形成時に揮発
する物質が望ましく、アンモニア水溶液、アミン
などが好適である。アミンとしてはジエチルアミ
ン、ジメチルアミノエタノール、ジエチルアミノ
エタノール、ジエチルアミノプロパノールなどで
ある。 本発明に係わるポリエステル系共重合体を得る
反応として、(A)の反応を行なつた後、(B)の反応を
行なうことを主として述べたが、(A)及び(B)の反応
を同時に行なつてもよい。 本発明の塗料には通常用いられる添加剤を併用
することができる。 本発明の水分散型塗料は外観上乳白色を呈し、
不揮発分10〜30重量%の濃度であり、40℃で保存
しても樹脂分の分離、沈降などが全く生じない非
常に安全な塗料である。本発明のポリエステル系
共重合体において、反応に利用した重合性不飽和
化合物が結晶性の高い熱可塑性ポリエステル樹脂
を被覆した形で水に配向し、安定に分散している
と考えられる。熱可塑性ポリエステル樹脂そのも
のが常温で水に溶解又は分散しないものでも、本
発明により安定な分散型塗料が得られる。従つ
て、熱可塑性ポリエステル樹脂そのものが耐煮沸
性など、塗膜としての性質はよいが、溶解性又は
分散性がないといつた場合に、特に効果的に本発
明が適用できる。 本発明の水分散型塗料が特長あるものであるこ
とを確認するために、本発明の水分散型塗料と、
元の熱可塑性ポリエステル樹脂に予め別に重合性
不飽和化合物のみで合成した樹脂を混合して得ら
れるブレンド物との比較を行なつた。その結果、
元の熱可塑性ポリエステル樹脂そのものは、水に
溶解は勿論、分散せず、更に通常の界面活性剤で
も該樹脂を水に分散させることはできなかつた。
上記予め別に重合性不飽和化合物のみで合成した
樹脂とのブレンド物は一般に安定性が悪く、熱時
でブレンドしている途中もしくは放置しておく
と、分離、沈降する場合が多い。たとえ、水分散
体が得られた場合でも塗膜にすると、本発明の水
分散型塗料に比べてかなり透明性が悪く、白濁の
現象が認められ、本発明が有意性ある物であるこ
とが確認された。 本発明の水分散型塗料を缶内面塗料として使用
する場合、金属容器素材の表面に直接塗装するこ
ともできるが、従来のエポキシ−フエノール樹
脂、エポキシ−尿素樹脂、メラミン−エポキシ樹
脂などの上にトツプコーテイング剤として使用す
ることもできる。これら何れの場合にも造膜性、
透明性、密着性、耐煮沸性、過マンガン酸カリウ
ム消費量、加工性などの性質は良好である。本発
明の水分散型塗料を金属素材又は各種プラスチツ
クスに塗装する方法としてスプレー塗装、ロール
コート塗装、ナイフコート塗装、エアーナイフコ
ート塗装など何れの方法でもよいが、金属素材を
完全に保護し、容器と内容物間に効果的な障害と
なる保護塗料、本来の機能が発揮される塗装法で
なければならない。 この意味では樹脂の塗膜厚も重要な役割を果た
すことになるが、どうしても避けられないピンボ
ールなどを考えた場合、実用的には前記熱硬化性
樹脂塗膜と併用することが望ましい。 本発明の水分散型塗料を缶内面塗料として使用
すれば、熱可塑性ポリエステル樹脂が高分子量で
あることに起因した特徴が生かされるのみなら
ず、常温では水に溶解は勿論、分散させることが
できない熱可塑性ポリエステル樹脂でも安定に水
に分散させることができる。しかも分散型塗料で
あるため、高い樹脂濃度で低い粘度の塗料を合成
することも可能となる。本発明の分散型塗料では
高い樹脂濃度で、かつ低粘度塗料の調整ができ、
目的とする塗装物が得やすいばかりでなく、作業
上の安全性、大気汚染、経済性に優れているとい
う点で非常に有利である。 次に本発明を実施例により説明する。 実施例 1 予め熱可塑性ポリエステル樹脂を次のようにし
て合成した。テレフタル酸ジメチル(0.8モル)、
イソフタル酸ジメチル(0.2モル)、エチレングリ
コール(1.5モル)及び1・4−ブタジオール
(1.5モル)を混合し、窒素気流下、180℃にて1
〜2時間反応させ、脱メタノール量を測定しなが
ら反応を進行させる。脱メタノール反応が終了し
た後、反応系を減圧(1mmHg)にして約30分間
で220℃まで昇温する。220℃で約4時間反応を行
い、脱グリコール反応を促進させると樹脂の粘度
は上昇し、熱可塑性ポリエステル樹脂が生成す
る。得られた熱可塑性ポリエステル樹脂の分子量
及び軟化点はそれぞれ26000、84℃であつた。 得られた熱可塑性ポリエステル樹脂をシクロヘ
キサノンに120℃で溶解し、熱時に6ミルアプリ
ケータを使用してブリキ板に5μの塗膜で塗装し
た。透明な塗膜が得られ、100℃、30分間の煮沸
試験に供しても白化、その他全く異常は認められ
なかつた。しかしながら、該ポリエステル樹脂は
常温ではシクロヘキサノン、セロソルブアセテー
ト、キシレン、メチルエチルケトンなどの単独又
は混合溶媒にも全く溶解もしくは分散しなかつ
た。次に得られた熱可塑性ポリエステル樹脂に対
して3%のメタクリル酸及び該熱可塑性ポリエス
テル樹脂に対して0.2重量%のP−トルエンスル
ホン酸をセロソルブアセテート/キシレン(1/
1)混合溶媒中に混合し、熱可塑性ポリエステル
樹脂濃を65重量%とする。次に該反応系を150℃
に昇温し、2時間反応させる。反応後、該反応系
の温度を80℃まで低下させた後、熱可塑性ポリエ
ステル樹脂に対して10重量%のスチレン/メタク
リル酸(重量比40/60)混合モノマー及び該モノ
マーに対して1重量%の過酸化ベンゾイルを混合
し、2時間ラジカル重合させた。反応終了後、撹
拌機の回転速度を200rpmから600rpmに増加さ
せ、該生成樹脂中に含まれるカルボン酸成分に対
して1/2当量のジメチルアミノエタノールを含む
80℃の温水を滴下させる。反応系の温度を徐々に
低下させながら温水を滴下させてゆくと、系は
徐々に白濁し、最終的に安定な水分散型ポリエス
テル系共重合体が得られる。水/有機溶媒の割合
は91/9(重量比)となり、ポリエステル系共重
合体の濃度は21重量%であつた。 得られた水分散型塗料を40℃で14日間保存して
おいたが、樹脂の分離、沈降等全く異常は認めら
れなかつた。更に該水分散型塗料を6ミルアプリ
ケーターを使用してブリキ板125μの塗膜厚で塗
布し、170℃、10分間の加熱処理を行ない、塗膜
の性質を調べた。結果を表2に示す。 実施例 2〜8 実施例1と同様にして、表1に示す組成にて水
分散型塗料を作製し、各試験法につき試験した結
果を表2に示す。
The present invention relates to coating compositions, and more particularly to water-dispersible coatings for metal containers. Food and beverage cans have traditionally been made of iron, tin,
Containers made of materials such as aluminum have been used. In order to protect the contents packed in these containers from contamination by the container, i.e. metal, the interior of the container is coated with an organic paint that is essentially inert to the contents and provides an effective barrier between the container and the contents. It needs to be covered with. Currently, phenolic epoxy resins dissolved in organic solvents, epoxy
Organic paints such as urea resins are used as protective coatings. These resins exhibit excellent adhesion to metal materials, act as an effective barrier between the container and the contents, and have high barrier properties against water and other contents. In this sense, it is suitable as an inner surface coating for metal containers (hereinafter referred to as can inner surface coating). However, in reality, various external forces are applied during the can manufacturing process, so the resin that serves as the base of the paint must be highly flexible in addition to the above-mentioned properties. When a thermosetting resin such as a phenol epoxy resin or an epoxy-urea resin is heated on a metal plate, its properties such as barrier properties, adhesion to contents, and flexibility of the resin change greatly depending on the heating conditions. It is extremely difficult to maintain all of these properties at appropriate levels simply by adjusting the heat treatment conditions. In fact, during the can-making process, when forming processes such as press-forming can lids, flanging can bodies, and tightening windings are performed, damage to the paint film and partial peeling are observed. in this case,
The workability of the coating film is not sufficient, and even the slightest damage can cause areas with poor adhesion, and corrosion of exposed metal progresses. As a result, the original function of the food packaging material, which is to protect the food over a long period of time without impairing the flavor and freshness of the contents, is not fully achieved. Therefore, in the actual can manufacturing process, the above-mentioned phenol-epoxy resin or epoxy-urea resin is applied to the metal as an undercoat, and then another additive is applied over it to form a single coating film of these thermosetting resins. The current situation is that they are making up for their shortcomings. in this case,
Resins used for surface coating include vinyl chloride-vinyl acetate copolymer, vinyl chloride-vinyl acetate-maleic anhydride copolymer, and the like. Furthermore, although a single coating film of these PVC resins has excellent barrier properties and processability, it has the disadvantage of poor adhesion to metal materials. In addition, the inner surface of these cans contains organic solvents that become volatile components that evaporate from the coating composition during curing, so in consideration of air pollution, the organic solvent gas generated during curing is burned through an afterburner. Although it burns a large amount of solvent,
Of course, this is not a good idea in terms of energy consumption. In this sense, the development of a water-dispersible can interior paint is strongly desired. As mentioned above, regardless of whether thermosetting resin or thermoplastic resin is used, the width required for can inner coatings is required in terms of barrier properties, adhesion, processability, sanitary properties, flavor, and boiling resistance against the contents. It can be said that at present, there are almost no resins with a wide range of properties. In this sense, if this resin is suitable as a paint for the inside of a can and can be made into a water-dispersible type, two major problems will be solved at the same time, and its merits will be enormous. In general, if a thermoplastic polyester resin consisting of a combination of aromatic dibasic acid, aliphatic dibasic acid, and diol components is used as a paint for the inside of a can, it will improve the processability of metal materials, the hygiene properties such as the extraction resistance of the paint film, and the paint quality. It is known to have a wide range of suitability for combinations of workability and wide applicability to various contents. However, when considering the properties of thermoplastic polyester resins from the viewpoint of composition, among aromatic dibasic acids, for example, as the amount of terephthalic acid increases, properties such as boiling resistance improve, but conversely, the solubility or dispersibility in solvents improves. , film-forming properties, adhesion to metals,
Properties such as processability deteriorate. The same is true for diol components. For example, if a crystalline component such as ethylene glycol or 1,4-butanediol is used as a diol component, the resulting coating film will have properties such as boiling resistance, but conversely, it will have poor solubility or dispersion in the solvent. Properties such as hardness, film-forming properties, and processability deteriorate. Even when other diols are used, they often exhibit contradictory properties, such as boiling resistance and solubility or dispersibility in solvents.
In reality, problems are solved by appropriately combining these raw materials or by using aromatic dibasic acids together with a certain amount of aliphatic dibasic acids or polyether diols. However, when combining these dibasic acid and diol components to obtain a resin that maintains the desired properties in a well-balanced manner, the monomers that will become the thermoplastic polyester resin component must be selected very strictly. Not only is this inconvenient, but the use of aliphatic dibasic acids, polyether-type diols, etc. can improve the boiling resistance, film formation, solubility in solvents, dispersibility, processability, etc. of the coating film. Trying to maintain a good balance with nature is actually quite difficult. The present inventors have focused on the fact that thermoplastic polyester resin has extremely good properties such as hygiene, adhesion to metal containers, and processability, and in order to use this resin more advantageously, we have developed We carefully considered the interior paint. As a result, as a method to take advantage of the advantageous properties that arise because thermoplastic polyester resins are linear and have a high molecular weight, it is possible to react the terminal hydroxyl groups of thermoplastic polyester resins with polymerizable unsaturated carboxylic acids or acid anhydrides thereof. A stable water-dispersed polyester copolymer was obtained by carrying out a radical polymerization reaction using the polymerizable unsaturated bonds. The obtained copolymer was confirmed to be free of extractables and has good hygiene properties, and also showed good results in terms of boiling resistance, adhesion to metal containers, processability, chemical resistance, etc. The present invention was achieved by confirming this. The present invention involves an esterification reaction (A) of a thermoplastic polyester resin having a terminal hydroxyl group and a polymerizable unsaturated carboxylic acid or its acid anhydride, and then a (meth)acrylic acid derivative and, if necessary, a polymerizable inorganic acid. A polyester copolymer obtained by radical polymerization reaction (B) of a mixture of saturated carboxylic acids or a mixture of styrene added thereto, neutralized with a basic substance, and dispersed in water. This is a water-dispersible paint for metal cans. If the water-dispersed paint of the present invention is used as a paint for the inside of a can, not only can the characteristics resulting from the high molecular weight of the thermoplastic polyester resin itself be utilized, but if the monomers used in the reaction are appropriately selected, the resin can be It is also possible to synthesize paints with low viscosity at high concentrations. In addition, in order to impart barrier properties and contents protection functions to the coating film as a can interior paint,
A certain film thickness is required. If a paint with a low resin concentration is used for this purpose, problems such as paint sagging and thick coating on the bottom of the can will occur. At the same time, this may cause brittleness to occur at the bottom of the can. Preparing a paint with a high resin concentration and low viscosity like the water-dispersed paint of the present invention not only makes it easier to obtain the desired coating, but also improves operational stability and air pollution, which are the features of the water-dispersed paint. , which is extremely advantageous in that it is highly economical. The thermoplastic polyester resin used in the present invention has good properties as a resin film itself such as boiling resistance, but resins with poor properties such as dispersibility in water and stability as a paint, that is, resins with a large molecular weight and crystalline Thermoplastic polyester resins with high properties and few functional groups are preferred. On the other hand, some thermoplastic polyester resins are known to dissolve or disperse in various solvents at room temperature, but these types of resins often have poor properties as a coating film, such as boiling resistance. One of the reasons for this is the low crystallinity of this resin. One way to improve this drawback is to introduce functional groups into the resin so that it is possible to take measures to improve the physical properties. According to the present invention, carboxyl groups, hydroxyl groups, etc. are introduced into the resin by appropriately selecting a compound having a polymerizable unsaturated bond that can be reacted even if the thermoplastic polyester resin itself is not resistant. By self-crosslinking or reaction with various resins such as melamine resins, epoxy resins, phenolic resins, and urea resins, coating films with excellent physical properties can be obtained. Therefore, in the present invention, the thermoplastic polyester resin is not limited to only high molecular weight and highly crystalline resins. Examples of aromatic dibasic acids that can be used in the synthesis of the thermoplastic polyester resin used in the present invention include dibasic acids such as terephthalic acid, isophthalic acid, and orthophthalic acid. In particular, as the content of terephthalic acid increases, the boiling resistance of the coating film becomes better, but the adhesion to metal becomes poorer. As the content of isophthalic acid and orthophthalic acid increases, adhesion to metals, solubility or dispersibility in solvents, etc. become better, but processability such as bending is not necessarily good. Aliphatic dibasic acids can also be used to balance various properties. For example, dibasic acids such as adipic acid, sebacic acid, malonic acid, and succinic acid can be mentioned, but in general, the use of aliphatic dibasic acids is effective in softening the resin, but on the contrary, the properties of the coating film are It comes with the disadvantage of being lower.
Therefore, the types and amounts of aromatic dibasic acids and aliphatic dibasic acids must be appropriately combined.
On the other hand, as the diol, for example, one or two types from ethylene glycol, propylene glycol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, neopentyl glycol, diethylene glycol, dipropylene glycol, 1,6-hexanediol, etc. obtained from the above combinations.
It is also possible to use polyether glycols, but their type and amount are determined by the combination with other diols. The polymerizable unsaturated carboxylic acids or their acid anhydrides used in the reaction (A) of the present invention include acrylic acid,
Examples include monobasic acids such as methacrylic acid, dibasic acids such as itaconic acid, maleic acid, succinic acid, and fumaric acid, and acid anhydrides such as itaconic anhydride and maleic anhydride. In reaction (A), a thermoplastic polyester resin having a terminal hydroxyl group is mixed with a solvent such as toluene, xylene, chloroform, cellosolve acetate, methyl ethyl ketone, dioxane, tetrahydrofuran, cyclohexanone, etc. alone or in combination.
The mixture is heated and dissolved at a concentration of 60% by weight or more, and the hydroxyl groups of the thermoplastic polyester resin and the unsaturated carboxylic acid or their acid anhydrides are reacted at a temperature of 140 to 160° C. for 1 to 5 hours under a nitrogen stream. The reaction is allowed to proceed by distilling off water in a conventional manner, but at this time it is possible to use a small amount of an ordinary esterification catalyst and polymerization inhibitor in order to advance the esterification reaction. The end point of esterification is confirmed by measuring the hydroxyl value of the resin. Reaction (B) of the present invention is similar to normal radical polymerization using the product (esterified product) obtained by reaction (A) and a compound having a polymerizable unsaturated bond (hereinafter referred to as a polymerizable unsaturated compound). It can be done by method. Incidentally, polymerizable unsaturated carboxylic acids or acid anhydrides thereof can be used as reaction components in both reactions (A) and (B). Furthermore, in order to obtain a stable water-dispersed paint, it is necessary to accurately limit the amount of the polymerizable unsaturated carboxylic acid or acid anhydride contained in the composition used as the polymerizable unsaturated compound. The amount of the polymerizable unsaturated carboxylic acid or the polymerizable unsaturated compound containing these acid anhydrides used in reaction (A) and reaction (B) is in the range of 5 to 50% by weight based on the polyester copolymer. Preferably,
Furthermore, 10 to 30% by weight is suitable. If it is less than 5% by weight, it is difficult to obtain a stable dispersion, and if it is more than 50% by weight, the coating film becomes cloudy. The amount of polymerizable unsaturated carboxylic acids or their acid anhydrides used in the polymerizable unsaturated compounds is 1.0 including both reaction (A) and reaction (B).
A range of ~15% by weight is desirable; if it is less than 1.0% by weight, it is difficult to obtain a stable aqueous dispersion, and if it is more than 15% by weight, the proportion of homopolymerization increases, resulting in the disadvantage that it is difficult to obtain a high-quality coating film. Of course, it is possible to a certain extent to balance the properties of the water-dispersed polyester copolymer produced by appropriately selecting the type of polymerizable unsaturated compound used in the reaction; The most important factor determining the properties of the resin is the content of the polymerizable unsaturated compound used in the reaction with the thermoplastic polyester resin. Polymerizable unsaturated compounds that can be used in reaction (B) of the present invention include acrylic acid and methyl acrylate,
Acrylic acid derivatives such as ethyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, 2-hydroxyethyl acrylate, methacrylic acid derivatives such as methacrylic acid and methyl methacrylate, isobutyl methacrylate, lauryl methacrylate, glycidyl methacrylate, maleic anhydride, It can be selected from acid anhydrides such as itaconic anhydride, styrene, vinyl acetate, acrylonitrile, 1,2-polybutadiene, 1,4-polybutadiene, etc. alone or in combination. In reaction (B), a radical polymerization catalyst such as azobisisobutyronitrile, benzoyl peroxide, dicumyl peroxide, etc. is usually used. The polyester copolymer according to the present invention can be made into an aqueous dispersion by neutralizing it with a basic substance. The basic substance is preferably a substance that volatilizes during coating film formation, and ammonia aqueous solution, amine, etc. are suitable. Examples of the amine include diethylamine, dimethylaminoethanol, diethylaminoethanol, and diethylaminopropanol. As the reaction for obtaining the polyester copolymer according to the present invention, it has been mainly described that the reaction (A) is carried out and then the reaction (B) is carried out, but the reactions (A) and (B) are carried out simultaneously. You may do so. The coating material of the present invention may contain commonly used additives. The water-dispersed paint of the present invention has a milky white appearance,
It has a nonvolatile content of 10 to 30% by weight, and is an extremely safe paint that does not cause any resin separation or sedimentation even when stored at 40°C. In the polyester copolymer of the present invention, it is thought that the polymerizable unsaturated compound used in the reaction is oriented and stably dispersed in water while being coated with a highly crystalline thermoplastic polyester resin. Even if the thermoplastic polyester resin itself is not dissolved or dispersed in water at room temperature, a stable dispersion type coating material can be obtained by the present invention. Therefore, the present invention can be particularly effectively applied when the thermoplastic polyester resin itself has good properties as a coating film, such as boiling resistance, but lacks solubility or dispersibility. In order to confirm that the water-dispersible paint of the present invention has features, the water-dispersible paint of the present invention,
A comparison was made with a blend obtained by mixing the original thermoplastic polyester resin with a resin separately synthesized using only a polymerizable unsaturated compound. the result,
The original thermoplastic polyester resin itself does not dissolve or disperse in water, and even ordinary surfactants cannot disperse the resin in water.
Blends with resins synthesized in advance using only polymerizable unsaturated compounds generally have poor stability, and often separate or settle during blending under heat or when left to stand. Even if an aqueous dispersion is obtained, when it is made into a coating film, the transparency is considerably poorer than that of the water dispersion type paint of the present invention, and the phenomenon of cloudiness is observed, which proves that the present invention is significant. confirmed. When the water-dispersible paint of the present invention is used as a can inner surface paint, it can be applied directly to the surface of the metal container material, but it can also be applied over conventional epoxy-phenol resin, epoxy-urea resin, melamine-epoxy resin, etc. It can also be used as a top coating agent. In any of these cases, film forming properties,
It has good properties such as transparency, adhesion, boiling resistance, potassium permanganate consumption, and processability. The water-dispersible paint of the present invention can be applied to metal materials or various plastics by any method such as spray painting, roll coating, knife coating, or air knife coating. A protective coating must be an effective barrier between the container and its contents, and a coating method must be able to perform its original function. In this sense, the thickness of the resin coating also plays an important role, but when considering unavoidable pinball and the like, it is practically desirable to use it in combination with the thermosetting resin coating. If the water-dispersible paint of the present invention is used as a paint for the inside of a can, not only will the characteristics of the thermoplastic polyester resin due to its high molecular weight be utilized, but it will not be able to be dissolved or dispersed in water at room temperature. Even thermoplastic polyester resins can be stably dispersed in water. Moreover, since it is a dispersion type paint, it is also possible to synthesize a paint with a high resin concentration and low viscosity. With the dispersion type paint of the present invention, it is possible to prepare a paint with high resin concentration and low viscosity.
It is very advantageous in that it is not only easy to obtain the desired coated product, but also has excellent operational safety, air pollution, and economical efficiency. Next, the present invention will be explained by examples. Example 1 A thermoplastic polyester resin was synthesized in advance as follows. dimethyl terephthalate (0.8 mol),
Dimethyl isophthalate (0.2 mol), ethylene glycol (1.5 mol) and 1,4-butadiol (1.5 mol) were mixed and heated to 180°C under a nitrogen stream.
The reaction is allowed to proceed for ~2 hours, and the amount of methanol removed is measured. After the demethanol reaction is completed, the pressure of the reaction system is reduced (1 mmHg) and the temperature is raised to 220°C in about 30 minutes. The reaction is carried out at 220°C for about 4 hours to accelerate the deglycol reaction, increasing the viscosity of the resin and producing a thermoplastic polyester resin. The molecular weight and softening point of the obtained thermoplastic polyester resin were 26,000 and 84°C, respectively. The resulting thermoplastic polyester resin was dissolved in cyclohexanone at 120° C. and applied to a tin plate using a 6 mil applicator while hot in a 5 μm coating. A transparent coating film was obtained, and no whitening or other abnormalities were observed even when subjected to a boiling test at 100°C for 30 minutes. However, the polyester resin was not dissolved or dispersed at all in single or mixed solvents such as cyclohexanone, cellosolve acetate, xylene, and methyl ethyl ketone at room temperature. Next, 3% of methacrylic acid and 0.2% by weight of P-toluenesulfonic acid were added to the obtained thermoplastic polyester resin and cellosolve acetate/xylene (1/
1) Mix in a mixed solvent to make the thermoplastic polyester resin concentration 65% by weight. Next, the reaction system was heated to 150°C.
The temperature was raised to 100%, and the mixture was allowed to react for 2 hours. After the reaction, the temperature of the reaction system was lowered to 80°C, and then 10% by weight of styrene/methacrylic acid (weight ratio 40/60) mixed monomer based on the thermoplastic polyester resin and 1% by weight based on the monomer. of benzoyl peroxide were mixed and radical polymerized for 2 hours. After the reaction is completed, increase the rotation speed of the stirrer from 200 rpm to 600 rpm, and add 1/2 equivalent of dimethylaminoethanol to the carboxylic acid component contained in the produced resin.
Add 80℃ warm water dropwise. When warm water is added dropwise while gradually lowering the temperature of the reaction system, the system gradually becomes cloudy and a stable water-dispersed polyester copolymer is finally obtained. The water/organic solvent ratio was 91/9 (weight ratio), and the polyester copolymer concentration was 21% by weight. The resulting water-dispersed paint was stored at 40°C for 14 days, but no abnormalities such as resin separation or sedimentation were observed. Further, the water-dispersed paint was applied to a tinplate plate with a film thickness of 125 μm using a 6 mil applicator, heat treated at 170° C. for 10 minutes, and the properties of the film were examined. The results are shown in Table 2. Examples 2 to 8 In the same manner as in Example 1, water-dispersible paints were prepared with the compositions shown in Table 1, and the results of testing according to each test method are shown in Table 2.

【表】【table】

【表】【table】

【表】【table】

【表】 試験法 樹脂の透明性:塗膜の透明性を目視で評価し、5
段階で表示する。5(良好)〜1(不良)。 造膜性:塗膜のクラツクの有無。 密着性:セロフアンテープ剥離基盤目テストで行
ない、密着率で表わした。 加工性:0(ゼロ)Tベント、500gの荷重を30
cmの高さから落下。 耐煮沸性:100℃、30分間熱水に浸漬、白化の有
無を5段階で表示する。5(良好)〜1(不
良)。 過マンガン酸カリウム消費量:100℃にて塗装板
1cm2に蒸留水1mlの割合の抽出液で抽出、常法
により滴定。 比較例 1 実施例1で合成した熱可塑性ポリエステル樹脂
をシクロヘキサノンで溶解させた中に該樹脂に対
して6重量%のノニオン性界面活性剤を添加し、
ハイスピードミキサーで15分間撹拌しした。撹拌
後80℃まで冷却し、この中に100℃の熱水を滴下
しようとしたが、滴下開始からしばらくすると該
樹脂が析出し始め、該樹脂を水に分散させること
ができなかつた。
[Table] Test method Resin transparency: Visually evaluate the transparency of the coating film,
Display in stages. 5 (good) to 1 (bad). Film forming property: Presence or absence of cracks in the coating film. Adhesion: Performed using a cellophane tape peel test and expressed as adhesion rate. Workability: 0 (zero) T-bent, 500g load 30
Fall from a height of cm. Boiling resistance: Immersed in hot water at 100℃ for 30 minutes, indicating presence or absence of whitening in 5 levels. 5 (good) to 1 (bad). Potassium permanganate consumption: Extract with 1 ml of distilled water per 1 cm 2 of painted plate at 100℃, and titrate using the usual method. Comparative Example 1 The thermoplastic polyester resin synthesized in Example 1 was dissolved in cyclohexanone, and 6% by weight of a nonionic surfactant was added to the resin.
Mixed for 15 minutes with a high speed mixer. After stirring, the mixture was cooled to 80°C, and an attempt was made to drop hot water at 100°C into the mixture, but the resin began to precipitate shortly after the start of dropping, and the resin could not be dispersed in water.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 末端水酸基を有する熱可塑性ポリエステル樹
脂と重合性不飽和カルボン酸もしくはその酸無水
物とをエステル化反応(A)させた後、(メタ)アク
リル酸誘導体および必要に応じて重合性不飽和カ
ルボン酸の混合物、またはこれにスチレンを加え
たものをラジカル重合反応(B)させて得られるポリ
エステル系共重合体を塩基性物質で中和し、水に
分散させてなることを特徴とする水分散型金属缶
用塗料。
1 After carrying out an esterification reaction (A) of a thermoplastic polyester resin having a terminal hydroxyl group and a polymerizable unsaturated carboxylic acid or its acid anhydride, a (meth)acrylic acid derivative and, if necessary, a polymerizable unsaturated carboxylic acid or a polyester copolymer obtained by radical polymerization reaction (B) of styrene added thereto, neutralized with a basic substance and dispersed in water. Paint for metal cans.
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